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3 mars 2023

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par l'informatique intelligente

Bien que la microscopie électronique puisse déjà révéler des détails aussi petits qu'un nanomètre, les recherches en cours cherchent à briser les barrières limitant la qualité de l'image et réduisant la dose optique sur les échantillons. L'aberration est un problème courant en microscopie électronique qui peut réduire la résolution et la qualité des images produites.

Des contrôles de phase et d'amplitude complexes supplémentaires sont nécessaires dans ces microscopes. Une équipe internationale de chercheurs dirigée par Akhil Kallepalli (Kallepalli Lab) travaillant au sein du groupe d'optique de l'Université de Glasgow a entrepris de résoudre le problème. Travaillant du point de vue de l'optique, ils ont développé et testé un nouvel algorithme d'imagerie fantôme, constatant qu'ils pouvaient produire une image avec une résolution et un contraste améliorés en utilisant un éclairage à flux inférieur, ce qui pourrait réduire les dommages à l'échantillon.

La recherche a été publiée le 21 décembre dans Intelligent Computing.

Une modulation optique est nécessaire pour obtenir un meilleur contrôle des stratégies d'éclairage. La modulation en optique est le processus de variation des propriétés des ondes lumineuses pour coder les informations. Il est utilisé dans les systèmes de communication optique et dans diverses applications, telles que la spectroscopie et l'imagerie. Des modulateurs de toutes sortes sont disponibles depuis longtemps dans le domaine de l'optique.

Cependant, les modulateurs ne sont pas disponibles pour la microscopie électronique. Il est toujours difficile d'obtenir un contrôle complexe de la phase et de l'amplitude afin de réduire l'aberration de phase pour l'amélioration continue de l'imagerie dans le domaine de la microscopie électronique.

Les auteurs ont appliqué l'imagerie fantôme computationnelle, une approche optique, à la microscopie électronique et ont conçu un nouvel algorithme pour résoudre ce problème. L'approche inverse la connaissance des motifs projetés et leur transmission mesurée pour reconstruire l'image. Cela peut être utilisé pour mesurer la transmittance de l'échantillon lorsqu'il est éclairé avec des motifs spatiaux plus complexes.

Dans ce système, la forme résultante du champ lumineux dans le plan de l'objet peut être calculée à l'aide de techniques numériques de propagation de faisceau permettant des implémentations à la fois sans lentille et en champ lointain. Par conséquent, l'imagerie fantôme computationnelle peut être utilisée pour l'imagerie par microscopie électronique à transmission.

Dans les procédés optiques, des modulateurs spatiaux de lumière peuvent être utilisés pour assurer l'orthogonalité des motifs d'imagerie. Il est cependant difficile de garantir l'orthogonalité entre les motifs lors de l'utilisation de la diffusion naturelle ou de modulateurs très limités. Ce nouvel algorithme conçu par les auteurs permet une utilisation optimale des motifs quelle que soit leur orthogonalité. Ils appellent leur nouvelle méthode "imagerie fantôme orthogonalisée".

Les auteurs ont testé leur méthode de deux manières. Tout d'abord, ils ont mené une expérience optique analogue au système de microscopie électronique à transmission. Cette expérience a testé la stratégie d'éclairage et la robustesse de l'algorithme à la non-orthogonalité. Après cela, ils ont testé leur méthode avec la microscopie électronique à transmission.

Les expériences ont montré que l'algorithme d'imagerie fantôme des auteurs produit une reconstruction d'image à plus haute résolution avec un meilleur contraste par rapport à l'algorithme d'imagerie fantôme en ligne le plus courant. Le nouvel algorithme améliore les capacités d'imagerie à n'importe quelle longueur d'onde et est robuste à la non-orthogonalité des ensembles de motifs, permettant une application efficace en microscopie optique et électronique.

Dans une annexe à leur article, les auteurs mettent en évidence certaines découvertes relatives aux dommages aux échantillons au microscope électronique, qui pourraient être réduits en utilisant leur méthode. Le développement futur peut être utilisé pour optimiser davantage la résolution ou la vitesse d'imagerie à travers l'imagerie microscopique optique et électronique.

Plus d'information: Akhil Kallepalli et al, Numérisation de points difficiles à travers la microscopie électronique et l'imagerie optique à l'aide de l'imagerie informatique, de l'informatique intelligente (2022). DOI : 10.34133/icomputing.0001

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